生态加工:近干加工外文翻译资料

 2022-08-01 09:08

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生态加工:近干加工

维克多·阿斯塔霍夫(Viktor P.Astakhov)

PSMI的通用汽车业务部门,美国密歇根州盐碱市1255 Beach Ct。,美国。电子邮件:astvik@gmail.com

本章指出了减少金属加工液(MWF)的生态和健康影响的主要方法。在不断寻求干式加工的过程中,只有一种工艺可以为实际应用提供短期解决方案。该过程使用最少的润滑量,被称为“近干”。在近干加工(NDM)中,将称为气溶胶的气油混合物输入到加工区。与干式加工相比,NDM在延长刀具寿 命和提高加工零件质量方面大大提高了切削性能。本章介绍了NDM方法的分类,并讨论了它们的优缺点。通过分析有关NDM性能的可用信息,本章对NDM 为何起作用提供了物理上有吸引力的解释。它认为整个NDM系统的基本组成部分认为360°视觉方法是成功实施NDM的关键。

介绍

金属加工(切削)液(MWF,或简称为冷却液)的基本功能是提供冷却和润 滑,从而降低切削工具-切屑和切削工具-工件界面处的接触过程的严重性。MWF可能会通过更改接触温度,法向应力和剪切应力及其在界面上的分布, 工具磨损的类型和/或机理,机加工表面完整性以及在机加工部件中引起的 机加工残余应力,来显着影响这些界面处的摩擦学条件。在某些应用中,预 计MWF流体还应提供辅助服务,例如冲洗深孔钻削中的加工零件或切屑运输, 其中MWF在很长的距离内运输切屑[1]. .

从历史上看,直到19世纪,水一直用作冷却介质来辅助各种金属加工操作。Taylor [2]可能是第一个证明使用液体辅助金属切削的实用价值的人。1883 年,他证明了大量的水淹没了切割区,使允许的切割速度提高了30–40%。 然而,人们发现,尽管水由于其高的热容量和可用性而成为极好的冷却剂[3],但将水用作冷却剂却具有腐蚀零件和机器以及润滑不良的缺点。随后 迅速发展。

由于具有更高的润滑性,因此开发了矿物油。但是,它们的较低的冷却能力和较高的成本限制了它们用于低切削速度的加工操作。最终,在1910至1920年间,人们开始开发可溶性油以改善直馏油的冷却性能和耐火性[3]。还向这些物质中添加了其他物质以控制诸如起泡,细菌和真菌的问题。还通过添加极压(EP)添加剂开发了机加工润滑油。今天,这两种类型的MWF

(冷却剂)被称为水乳化油和直馏油。此外,半合成和合成MWF的开发是为了改善许多加工操作的性能[4]。如今,MWF在制造过程中扮演着重要角色, 支持其高生产率和高效率。

金额和费用

尽管MWF在加工中的重要性已得到广泛认可,但冷却润滑剂通常被认为是必要但不重要的支撑介质。在许多情况下,MWF供应系统的设计或选择基于以下假设:所用润滑剂的量越大,对切割过程的支持越好。结果,加工区经常被MWF淹没,而没有考虑操作的要求和细节。此外,为特定的加工操作选择MWF的类型通常是基于MWF供应商的销售代表的建议,而没有清楚地了解此操作的性质以及MWF应用的明确目标。MWF供应商的手册和网站在这种选择上几乎没有帮助。MWF应用技术(包括MWF压力,流量,喷嘴设计以及相对于加工区域的位置,过滤,温度等)通常由机械和工具设计者来决定。而且,手动和半自动机器的操作者通常是那些为每个特定切割操作决定MWF的应用点和流速的人。

MWF也占制造成本的很大一部分。仅在二十年前,MWF占大多数机加工成本的不到3%。这些油液是如此便宜,以至于很少有机械厂对此深思熟虑。时 代变了,今天,小额信贷批发基金占直接制造成本的很大一部分。此外,小额信贷批发基金,特别是含油的小额信贷批发商,已经承担了巨大责任。不仅环境保护局(EPA)规范了此类混合物的处置,而且许多州和地方还规定

也将它们归类为危险废物。尽管MWF的应用和处置成本很高,但它取决于一个因素,从一个行业到下一个行业,从一个国家(州,省或地区)到另一个国家也不同。一家欧洲汽车厂报告说,MWF的贡献高达制造成本的17%,而 工具成本高达8%[5],这在不了解特定条件和规定的情况下被普遍接受为一种通用参考参与。基于这些数据,得出的结论是,尽管研究人员,工程师和管理人员的主要注意力集中在改进切削刀具上,但MWF成本是刀具相关成本的两倍以上。在另一个极端,大型制造商也报告了0.9%的成本[5]。

我们的调查显示,由MWF承担的成本份额在很大程度上取决于特定工厂所 采用的选择,维护和处置方式。如果适当选择和维护,并且工厂拥有自己的MWF处置设施(在汽车行业中很常见),则MWF造成的制造成本份额为8%至10%。这样,工具成本的份额取决于产品的复杂性。例如,由于齿轮制造成 本高昂,对于高级动力总成工厂,该比例为12%至15%;而对于主要处理车 削和铣削(轴生产)的较简单的汽车工厂,直接模具的成本贡献为5%至7%。

随着环境保护法律法规的数量和范围的增加,使用MWF的成本也在增加。美国每年使用MWF的成本约为480亿美元[6],德国约为10亿马克[7],日本约为710亿日元[8]。

健康与环境方面

由于新的更严格的法规,金属加工液的生产,使用和处置的生态和健康方面已变得非常重要,特别是在欧洲[9]。在欧洲联盟,自愿性生态标签倡议中包括了小自然基金会和润滑剂,该倡议旨在刺激对环境影响较小的产品的供需。用于金属加工液和其他化学物质的环境标签的国家特定标准的数量在不断增加,包括德国的Blue Angel认证,瑞典的SS 155434标准以及荷兰的VAMIL法规。在英国,卫生安全局正在制定更严格的强制性工作场所暴露限值,以限制金属加工液中的空气传播的烟雾。

据估计,美国的MWF消费量每年超过1亿加仑[8]。典型的大型汽车金属加工设施每年使用超过60万加仑(gt; 228万升)的MWF精矿,每年使用超过

300,000加仑(gt; 114 万升)的直油。在德国,每年的冷却液消耗量约为

75,500吨[10]。在日本,MWF的消耗量是100,000千克与水不混溶的燃料(每升处理成本35至50日元),50,000千克无氯的水溶性冷却剂(处置成本)

每升300日元)和10,000千克含氯的水溶性冷却剂(每升处理成本2250日元) [8]。

根据国家职业安全与健康研究所(NIOSH)的数据,美国有超过100万名工人暴露于MWF。机械师,机械技师,金属加工工以及其他机械操作员和安装员与这些流体的接触最多。但是,如果MWF保留在加工产品上,则执行组装操作的工人也可能会暴露在外。如果通风系统设计不良或不足,除机械师以外的工人也可能会接触MWF烟雾。工人可能因皮肤接触,吸入(呼吸)或摄入(吞咽)颗粒,薄雾和气溶胶而暴露。

尽管MWF配方的最新变化已导致产品更安全,但重要的是要认识到MWF可能引起多种健康问题。皮肤暴露于MWF会导致皮肤炎或毛囊炎等疾病。反复吸入MWF雾气已显示在工作期间会降低肺功能。MWF雾还可能引起几种呼吸系统疾病,包括哮喘,支气管炎和超敏性肺炎[11-16]。接触某些MWF和/或其添加剂可能会导致癌症。MWF对健康的危害取决于所用流体的类型,以及流体中可能存在的添加剂和污染物。MWF最近受到了越来越多的关注,因为基于多种证据得出的结论是,在目前的职业暴露极限下,工人可能患有哮喘病, 还可能患有其他肺部疾病。因此,NIOSH和职业安全与健康管理局(OSHA) 正在考虑降低职业接触限值。NIOSH建议应在使用MWF的工作场所制定包括医学监测在内的职业安全与卫生计划。OSHA召集了一个由国家专家组成的委员会,以制定一项新标准的提案,以降低工作场所的暴露水平并增加对工人的保护。

实施多种可用的法规和建议并不是那么简单,因为由于变量众多而难以进行风险评估。利用MWF的设施具有复杂的暴露模式,因为MWF的配方是复杂的化学混合物。结果,改进小额信贷批发基金的动力主要取决于经济因素,而不是安全和环境因素。

减少MWF经济,生态和健康影响的主要方向

有几种主要的方法可以减少小额信贷批发基金的生态和经济影响:

      1. MWF的均衡选择。尽管MWF的选择是一个复杂的过程,包括金属加工业务的各个方面[1],但选择该过程的重点是向生态和健康方面转移。 不同的金属加工工艺具有不同的冷却和润滑需求。MWF具有许多特性, 可以提高效率,延长使用寿命并最大程度地减少损坏工具和产品的可 能性。因此,选择MWF时,需要考虑许多因素

考虑的因素包括:坡道排油;沉降固体的能力;细菌抵抗力耐腐蚀, 防锈;乳化能力;发泡性和耐性;最佳MWF寿命;根据当前工业标准衡量的MWF寿命;成本;化学限制和反应性;润滑性生物降解性可回收性回收的MWF防止电偶腐蚀的能力;水相容性和要求:pH,去离子水要求,矿物质含量和硬度;皮肤炎等史。

在全球范围内,对环境负责的金属加工液的使用无疑正在获得发展。在私营部门中,ISO 15380包括环保型流体,以及一家主要的汽车制造商已经认可了生物基金属加工液这一事实证明,人们对基于可再生资源的金属加工液越来越感兴趣。此外,加拿大汽车工人工会还推荐了基于植物油的替代品。随着原油成本的上涨,基于植物油的流体正变得越来越有吸引力。

      1. MWF的正确应用。在很多情况下(也许是大多数情况下),MWF的使用

不当,因此,通过精确地使用少得多的量可以获得更好的效果时,会

使用大量的MWF [17]。正确且始终如一地应用MWF对磨削和加工操作至关重要。它减少了MWF的使用,减少了产生的有害烟雾和操作员的暴露,减少了废料,减少了循环时间和工具磨损。所有这些都意味着大大降低了成本。要考虑的领域是[17]:喷嘴的设计,位置和条件

(包括堵塞和磨损);流量系数,MWF流(包括层流),气坝和空气屏障的相干性。MWF可以通过手动,溢流或高压直通工具施加方法来施加。在手动应用中,操作员使用油罐施加切削液。尽管这显然是最简单,最便宜的方法,但除最简单的应用程序外,它在其他任何方法中的使用都受到限制,并且非常不一致。在洪水冷却中,MWF在相对较低的压力下被引导到工作区域。为了减少由于喷嘴相对于工具的位置而导致的该技术的不一致,必须交付大量的MWF。先进的MWF溢流应用技术使用可移动喷嘴,其位置由CNC控制,以便在加工过程中工具和/或工件移动的同一位置实现最佳MWF输送。高压直刀式MWF应用程序利用高压MWF泵送通过主轴,然后通过工具中制成的内部通道直接进入加工区。这可能是当今可用的最佳应用技术,因为它可以显着提高MWF的有效性,限制使用量并减少危害暴露。尽管其应用需要许多其他单元,例如高压泵,将MWF引入旋转主轴的旋转单元,专用工具支架和专用工具,但其应用带来的好处大大抵消了这些额外成本。

      1. MWF的精细管理。尽管这一方面似乎对小额信贷批发基金的生态,健 康和成本方面影响最大,但它仍然是最被忽视的方面。MWF管理的目

标有两个:第一,尽可能延长MWF的使用寿命;第二,以最低的成本处置不可用的MWF。MWF管理计划通常包括:持续清除金属屑和杂油; 根据预防性管理(PM)时间表彻底清洁MWFs系统;从集水池中抽出MWF;清除所有金属屑和罚款;清洁残留在任何表面上的任何油性残留物;用干净的水用良好的清洁剂填充储槽,并使清洁剂在冷却液系统中循环几个小时;在机器运行过程中将清洁溶液施加到MWF未接触的机器表面上;从贮槽中抽出清洁溶液;清除集水槽中的清洁溶液残留;用干净的水冲洗整个冷却液系统;如有必要,再次冲洗系统以除去所有残留物;并立即用回收的或新的冷却剂给系统充电,以保护金属表面免受腐蚀。Skerlos讨论了用现代设备实现该计划中特定步骤的方法[18]。

      1. 过增加近干法和干法加工的使用逐步减少MWF的使用。目前,人们

正在进行许多努力来开发使用较少或不使用MWF的先进加工工艺。不

使用MWF的机加工已成为消除与MWF管理相关的问题的流行途径[10]。

干式加工具有其优点和相关的缺点。干式加工的优势是显而易见的:部件更 清洁,不会产生废料,降低了加工成本,降低了切屑回收成本(没有残留油) 等。但是,这些优势的确是有代价的。转向干式加工的最禁止的部分是开始 干式加工操作所需的大量资本支出。专为MWF设计的机器和工具不易用于干 切[10]。

必须购买功能更强大的新机器,并且通常需要特殊的工具来承受干切削中产生的高温。加工零件的质量可能会受到重大影响,因为通过干式加工就其冶金性能和残余加工应力而言,机加工表面的性能会大大改变。干式加工中的高切削力和高温可能会导致加工期间零件变形。而且,零件在干式加工后通常很热,因此其处理,检查量规等可能会带来许多问题。

近干加工(NDM)以前称为最小量润滑(MQL)加工,其开发目的是为所列的干加

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